DE19547671C2

DE19547671C2 - Antrieb für mechanische Pressen

Info

Publication number: DE19547671C2
Application number: DE1995147671
Authority: DE
Inventors: Reimund Prof Dr Neugebauer; Eike Dipl Ing Jung
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1998-01-15
Anticipated expiration: 2015-12-21
Also published as: DE19547671A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für mechanische Pressen, insbesondere für Pres sen zum Umformen von Blech, bei dem die rotatorische Antriebsbewegung eines Ex zenters oder einer Kurbel in eine geradlinige Abtriebsbewegung eines Stößels umge wandelt wird, mit einem auf dem Exzenter oder der Kurbel gelagerten und als Dreige lenk ausgebildeten Getriebeelement, das an einem Gelenkpunkt mit einer Koppel verbunden ist, die sich mit ihrem anderen Ende drehbeweglich an einem Punkt des Pressengestells abstützt, und das an seinem pleuelseitigen Gelenkpunkt mit einem Pleuel verbunden ist, der den Stößel antreibt.

Mit einem solchen Gelenkhebelmechanismus versehene Antriebe sind allgemein be kannt und kommen insbesondere als Hubgetriebe in zur Blechumformung dienenden Pressen zum Einsatz (z. B. US 27 81 015). In Abhängigkeit von der Dimensionierung der einzelnen Elemente dieses Getriebes ergibt sich für den pleuelseitigen Gelenkpunkt und damit auch für den Stößel eine von der Sinusfunktion abweichende Bewegungsfunktion. Dies hat im Vergleich zu einfachen Schubkurbelgetrieben den Vorteil, daß insbesondere bei großen Arbeitshüben während des Aufsetzens des Oberwerkzeuges eine geringere Auftreffgeschwindigkeit erreicht werden kann. Allerdings liegt auch bei derartigen Hubgetrieben während eines Hubbewegungszyklusses eine nicht beeinflußbare Abhängigkeit des Stößelhubes von der Winkelstellung des Exzenters vor, bei der Stößelgeschwindigkeit zusätzlich von der Hubzahl.

Andererseits sind Pressenantriebe mit einfacher Schubkurbel bekannt, bei denen in der Verbindung zwischen Pleuel und Stößel kurzzeitig eine vertikale Differenzbewe gung überlagert werden kann (DE 39 35 011 A1 und DE 41 16 462 A1). Damit ist es möglich, im unmittelbaren Bereich des Aufsetzens des Oberwerkzeuges die Auftreff geschwindigkeit ohne Veränderung der Hubzahl kurzzeitig auf den zulässigen Wert zu reduzieren. Da einfache Schubkurbelgetriebe insbesondere bei großen Arbeitshüben eine hohe Geschwindigkeit im Bereich des Aufsetzens aufweisen, ist die bei diesem Wirkprinzip zu überlagernde Relativgeschwindigkeit entsprechend hoch. Darüber hin aus sind die Elemente des hier hydraulischen Zusatzantriebes im Stößel bzw. in den Bereich des Seitenständers zu integrieren, was einerseits hinsichtlich des Raumbe darfs nicht unproblematisch ist und andererseits die Masse sowie den Fertigungs- und Montageaufwand für den Stößel erhöht und damit insbesondere im Hinblick auf eine Nachrüstung ineffizient sein kann.

Ferner ist eine Blech-Ziehpresse bekannt, bei der die Antriebskurbel oder der Antriebs exzenter mit dem Stößel durch einen Pleuel und eine Druckstelze verbunden ist, die zusammen ein Knickstelzenpaar bilden, deren Kniegelenk quer zu der die Kurbelachse mit dem Stößel verbindenden Linie durch ein zweites Knickstelzenpaar auslenkbar ist, um dem von der Kurbel erzeugten sinusförmigen Geschwindigkeitsverlauf eine andere Geschwindigkeit zu überlagern (DE-AS 12 40 802).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich gegenüber bekannten derartigen Antrieben dadurch auszeichnet, daß dessen Kinematik in bestimmten Bewegungsabschnitten flexibel an die prozeß technischen Anforderungen angepaßt werden kann. Die Elemente der konventionellen Antriebe sollen dabei weitestgehend unverändert bleiben, so daß Nachrüstungen und Neukonstruktionen mit vergleichsweise geringem zusätzlichen fertigungs- und monta getechnischen Aufwand möglich sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Antrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die wirksame Länge der Koppel während des Durchlaufens eines Hubbewegungszyklusses des Stößels mittels eines Hilfsantriebs gesteuert veränderbar ist.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Koppel als steuerbarer hydraulischer Arbeitszylinder ausgeführt ist, der an einer im Pressengestell um eine Drehachse drehbeweglich gelagerten Welle angreift oder der sich drehbeweglich auf einem im Pressengestell fixierten Bolzen abstützt und dessen Kolbenstange am koppelseitigen Gelenkpunkt mit dem als Dreigelenk ausgebildeten Getriebeelement verbunden ist.

Darüber hinaus wird die vorgenannte Aufgabe bei einem Antrieb der eingangs genannten Art, bei dem der Punkt, an dem sich die Koppel drehbeweglich abstützt, während des Durchlaufs eines Hubbewegungszyklusses des Stößels lageveränderlich ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lageveränderung des Punktes durch einen separaten Hilfsantrieb erfolgt.

Eine vorzugsweise Ausführungsform eines solchen Antriebs besteht darin, daß die Koppel auf der Exzentrizität einer Exzenterwelle gelagert ist und daß ein Motor zum Antrieb der Exzenterwelle vorgesehen ist, wobei zwischen Motor und Exzenterwelle gegebenenfalls ein Getriebe zwischengeschaltet ist.

Eine weitere günstige Ausführungsform sieht vor, daß die Koppel auf der Exzentrizität einer Exzenterwelle gelagert ist und daß die Exzenterwelle um einen vorgegebenen Drehwinkel um ihre Drehachse schwenkbar ist, wobei die Schwenkbewegung über ein oder mehrere Getriebeelemente mit Hilfe eines Arbeitszylinders erzeugt ist, dessen Kolbenstange am Getriebeelement angreift.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Mit der erfindungsgemäßen Veränderbarkeit des wirksamen Abstandes des koppel seitigen Gelenkpunktes des Dreigelenks zur Drehachse der Welle bzw. zur Bol zenachse gelingt es, die Kinematik des Pressen(haupt)antriebes in bestimmten Bewe gungsabschnitten flexibel an die prozeßtechnischen Anforderungen anzupassen. Der Leistungsbedarf des Hilfsantriebes ist dabei vergleichsweise gering. Darüber hinaus kann der Hilfsantrieb in einem Bereich der Presse angeordnet werden, der hinsichtlich räumlicher Probleme als unkritisch bezeichnet werden kann. Die Elemente des kon ventionellen Pressenantriebes bleiben weitestgehend unverändert, so daß insbeson dere Nachrüstungen mit geringem zusätzlichen Aufwand möglich sind.

Die Erfindung soll nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und einer zu gehörigen Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen jeweils sche matisch

Fig. 1 einen Gelenkhebelmechanismus eines Pressenantriebes nach dem Stand der Technik

Fig. 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebes,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebes,

Fig. 4 den Antrieb gemäß Fig. 3 in einer modifizierten Ausbildungsform,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebes und

Fig. 6 eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebes.

In Fig. 1 ist ein Gelenkhebelmechanismus dargestellt, wie er insbesondere als Hub getriebe in Pressen zum Einsatz kommt, die dem Zwecke der Blechumformung die nen. Der Antrieb erfolgt bei diesem Hubgetriebe über einen Exzenter 1, auf dem ein als Dreigelenk ausgebildetes Getriebeelement 2 mit einem koppelseitigen Gelenk punkt 3 und einem pleuelseitigen Gelenkpunkt 4 gelagert ist. Das Getriebeelement 2 ist dabei am pleuelseitigen Gelenkpunkt 4 mit einem Pleuel 5 verbunden, der einen Stößel 6 antreibt. An seinem koppelseitigen Gelenkpunkt 3 ist das Getriebe element 2 bei diesem bekannten Hubgetriebe mit einer längenunveränderlichen Kop pel 11 verbunden, die sich ihrerseits auf einer im Pressengestell um eine Drehachse 7 drehbeweglich gelagerten Welle 8 oder drehbeweglich auf einem im Pressengestell fixierten Bolzen abstützt.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebes, bei dem die Koppel 11 ersetzt ist durch einen an der Welle 8 angreifenden hydraulischen Arbeitszylinder 9, dessen Kolbenstange 10 am Gelenkpunkt 3 mit dem Getriebeele ment 2 verbunden ist. Mit Hilfe des einen Zweitantrieb verkörpernden hydraulischen Arbeitszylinders 9, 10 ist es möglich, während eines Umform- bzw. Hubbewegungs zyklusses des Stößels 6 den Abstand vom Gelenkpunkt 3 zur Drehachse 7 der Welle 8 im Sinne einer Steuerung oder auch einer Regelung zu verändern und somit den für das Handling zur Verfügung stehenden Winkel am (Haupt-)Exzenter 1, die Auftreffge schwindigkeit, die Kippung und/oder die Hublage des Stößels 6 zu beeinflussen.

Zur Reduzierung der Auftreffgeschwindigkeit wird der Kolben samt Kolbenstange 10 des Arbeitszylinders 9 während des Aufsetzens ausgehend von einer definierten Po sition so verfahren, daß während des Umformverfahrens bei zugbelastetem Arbeits zylinders 9 im ausgefahrenen Zustand bzw. bei druckbelastetem Arbeitszylinder 9 im eingefahrenen Zustand der Kolbenstange 10 jeweils deren Endlagen im Arbeitszylin der 9 bzw. eine andersartig begrenzte oder frei lagegeregelte Position erreicht wird, die ein spielumschlagfreies Durchlaufen des Arbeitshubes des Stößels 6 gewährlei stet.

Eine andere Möglichkeit, den wirksamen Abstand des koppelseitigen Gelenkpunktes 3 des Getriebeelementes 2 zur Drehachse 7 der Welle 8 veränderbar zu gestalten, zeigen die in den Fig. 3 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele. Hierbei ist die Welle 8 durch eine Exzenterwelle 12 ersetzt und die Koppel 11 im Gelenkpunkt 13 auf der Exzentrizität der Exzenterwelle 12 gelagert. Der Gelenkpunkt 13 wird wäh rend des Aufsetzens des Stößels 6 so gedreht, daß der Abstand des koppelseitigen Gelenkpunktes 3 des Getriebeelementes 2 zur Drehachse 7 der Exzenterwelle 12 bei während des Umformverfahrens zugbelasteter Koppel 11 vergrößert bzw. bei druck belasteter Koppel 11 verkleinert wird. Die Veränderung dieses Abstandes kann durch eine Begrenzung des Drehwinkels der Exzenterwelle 12 mittels An schläge, eine Klemmung, eine gestreckte Lage der Exzentrizität der Exzenterwelle 12 und der Koppel 11 oder durch eine frei programmierbare Steuerung bzw. Regelung des Drehwinkels der Exzenterwelle 12 während des Verfahrens realisiert werden.

Zur Erzeugung der gewünschten Drehbewegung der Exzenterwelle 12 um die Dreh achse 7 kann ein direkt an der Exzenterwelle 12 angeflanschter Motor 14 dienen (Fig. 3). Ebenso ist es möglich, daß der Motor 14 unter Zwischenschaltung eines Übersetzungsgetriebes 15 auf die Exzenterwelle 12 wirkt (Fig. 4).

Da eine umlaufende Drehbewegung der Exzenterwelle 12 aus funktionellen Gründen nicht zwingend erforderlich ist, d. h. gegebenenfalls auch eine Schwenkbewegung ge nügt, kann zur Erzeugung derselben auch der Einsatz einer Linearachse sinnvoll sein. Diese Linearachse kann über einen Hebel 16 an der Exzenterwelle 12 angreifen und als steuerbarer hydraulischer Arbeitszylinder 17 realisiert sein, dessen Kolbenstange 18 mit einem Hebelarm des Hebels 16 verbunden ist (Fig. 5). Es ist auch denkbar, anstelle des Hebels 16 eine Zahnstange vorzusehen, die einerseits von der Kolben stange 18 des Arbeitszylinders 17 bewegt wird und die andererseits mit einer auf der Exzenterwelle 12 eingearbeiteten Verzahnung oder einem auf der Exzenterwelle 12 befestigten Zahnrad in Eingriff steht. Schließlich ist es auch möglich, ein Zahnseg ment 19 vorzusehen, das um eine Schwenkachse 20 schwenkbar ist und dessen Zähne mit Zähnen einer auf der Exzenterwelle 12 eingearbeiteten Verzahnung oder mit Zähnen eines auf der Exzenterwelle 12 befestigten Zahnrades 21 kämmen, wobei die Kolbenstange 18 des Arbeitszylinders 17 unter Bildung eines Hebels im Abstand von der Schwenkachse 20 am Zahnsegment 19 angreift (Fig. 6).

Claims

1. Antrieb für mechanische Pressen, insbesondere für Pressen zum Umformen von Blech, bei dem die rotatorische Antriebsbewegung eines Exzenters oder einer Kurbel in eine geradlinige Abtriebsbewegung eines Stößels umgewandelt wird, mit einem auf dem Exzenter oder der Kurbel gelagerten und als Dreigelenk ausgebildeten Getriebeelement, das an einem Gelenkpunkt mit einer Koppel verbunden ist, die sich mit ihrem anderen Ende drehbeweglich an einem Punkt des Pressengestells abstützt, und das an seinem pleuelseitigen Gelenkpunkt mit einem Pleuel verbunden ist, der den Stößel antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge der Koppel (9, 10) während des Durchlaufens eines Hubbewegungszyklusses des Stößels (6) mittels eines Hilfsantriebs gesteuert veränderbar ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel (9, 10) als steuerbarer hydraulischer Arbeitszylinder (9) ausgeführt ist, der an einer im Pressengestell um eine Drehachse (7) drehbeweglich gelagerten Welle (8) angreift oder der sich drehbeweglich auf einem im Pressengestell fixierten Bolzen abstützt und dessen Kolbenstange (10) am koppelseitigen Gelenkpunkt (3) mit dem als Dreigelenk ausgebildeten Getriebeelement (2) verbunden ist.

3. Antrieb für mechanische Pressen, insbesondere für Pressen zum Umformen von Blech, bei dem die rotatorische Antriebsbewegung eines Exzenters oder einer Kurbel in eine geradlinige Abtriebsbewegung eines Stößels umgewandelt wird, mit einem auf dem Exzenter oder der Kurbel gelagerten und als Dreigelenk ausgebildeten Getriebeelement, das an einem Gelenkpunkt mit einer Koppel verbunden ist, die sich mit ihrem anderen Ende drehbeweglich an einem Punkt des Pressengestells abstützt, der während des Durchlaufs eines Hubbewegungszyklusses des Stößels lageveränderlich ist, und das an seinem pleuelseitigen Gelenkpunkt mit einem Pleuel verbunden ist der den Stößel antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageveränderung des Punktes (13) durch einen separaten Hilfsantrieb erfolgt.

4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel (11) auf der Exzentrizität einer Exzenterwelle (12) gelagert ist und daß ein Motor (14) zum Antrieb der Exzenterwelle (12) vorgesehen ist.

5. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Motor (14) und Exzenterwelle (12) ein Getriebe (15) zwischengeschaltet ist.

6. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppel (11) auf der Exzentrizität einer Exzenterwelle (12) gelagert ist und daß die Exzenterwelle (12) um einen vorgegebenen Drehwinkel um ihre Drehachse (7) schwenkbar ist, wobei die Schwenkbewegung über ein oder mehrere Getriebelemente mit Hilfe eines Arbeitszylinders (17) erzeugt ist, dessen Kolbenstange (18) am Getriebeelement angreift.

7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebeelement ein an der Exzenterwelle (12) befestigter Hebel (16) vorgesehen ist.

8. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebeelement eine Zahnstange vorgesehen ist, die mit einer auf der Exzenterwelle (12) eingearbeiteten Verzahnung in Eingriff steht.

9. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebeelement eine Zahnstange vorgesehen ist, die mit einem auf der Exzenterwelle (12) befestigten Zahnrad in Eingriff steht.

10. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebeelement ein um eine Schwenkachse (20) schwenkbares Zahnsegment (19) vorgesehen ist, dessen Zähne mit einer auf der Exzenterwelle (12) eingearbeiteten Verzahnung in Eingriff stehen.

11. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebeelement ein um eine Schwenkachse (20) schwenkbares Zahnsegment (19) vorgesehen ist, dessen Zähne mit einem auf der Exzenterwelle (12) befestigten Zahnrad (21) in Eingriff stehen.